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Im Fokus der Studiendatenbank stehen Veröffentlichungen, die sich mit dem notwendigen Umbau und der Steuerung des Energiesystems für eine erfolgreiche Energiewende insgesamt beschäftigen. Mehr zu den Kriterien, nach denen das Forschungsradar Studien aufnimmt …

 

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Strommarktdesign der Zukunft

Herausgeber/Institute:

UBA, r2b

Datum:

Februar 2016

Autoren:

Markus Peek, Robert Diels

Art der Veröffentlichung:

Studie

Auftraggeber/Förderer:

UBA

Themenbereiche:

Energiesysteme
Politik

Schlagwörter:

Flexibilitätsoptionen, KWK, Lastmanagement, Marktdesign, Speicher, Strommarkt, Systemtransformation

Seitenzahl:

209

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Zielsetzung und Fragestellung

Vor dem Hintergrund der Diskussion um die für den weiteren Umbau des Stromsystems geeignete Ausgestaltung des Strommarktdesigns analysiert die Studie die notwendigen regulatorischen Rahmenbedingungen. Die Autoren beschreiben die veränderten Anforderungen an die verschiedenen Akteure im deutschen Stromsystem, die sich durch den zunehmenden Ausbau der Erneuerbaren Energien ergeben. Sie erörtern den Flexibilitätsbedarf bei Erzeugung und Last aus nationaler sowie länderübergreifender Perspektive, die zur Verfügung stehenden Flexibilitätsoptionen, diesbezügliche Hemmnisse sowie Änderungen an den Rahmenbedingungen, um diese Optionen zu erschließen.

Zentrale Ergebnisse

Preissignale wettbewerblicher Strommärkte für Flexibilisierung des Stromsystems geeignet

Um die kostengünstigsten und am besten geeigneten Flexibilitätsoptionen zu erschließen, seien technologieneutrale wettbewerbliche Strommärkte ein geeignetes Instrument.
Kurzfristig seien entsprechende Preissignale in der Lage, Stromangebot und -nachfrage jederzeit effizient auszugleichen, mittel- und langfristig könnten sie die notwendigen Anreize für die Nutzung von passenden Technologien und Veränderungen des Verbraucherverhaltens setzen.
Voraussetzung seien variable Preise am Energy-Only-Strommarkt. ...

Preissignale wettbewerblicher Strommärkte für Flexibilisierung des Stromsystems geeignet

Um die kostengünstigsten und am besten geeigneten Flexibilitätsoptionen zu erschließen, seien technologieneutrale wettbewerbliche Strommärkte ein geeignetes Instrument.
Kurzfristig seien entsprechende Preissignale in der Lage, Stromangebot und -nachfrage jederzeit effizient auszugleichen, mittel- und langfristig könnten sie die notwendigen Anreize für die Nutzung von passenden Technologien und Veränderungen des Verbraucherverhaltens setzen.
Voraussetzung seien variable Preise am Energy-Only-Strommarkt. ...

Preissignale wettbewerblicher Strommärkte für Flexibilisierung des Stromsystems geeignet

Um die kostengünstigsten und am besten geeigneten Flexibilitätsoptionen zu erschließen, seien technologieneutrale wettbewerbliche Strommärkte ein geeignetes Instrument.
Kurzfristig seien entsprechende Preissignale in der Lage, Stromangebot und -nachfrage jederzeit effizient auszugleichen, mittel- und langfristig könnten sie die notwendigen Anreize für die Nutzung von passenden Technologien und Veränderungen des Verbraucherverhaltens setzen.
Voraussetzung seien variable Preise am Energy-Only-Strommarkt. Preisspitzen müssten die Refinanzierung von Spitzenlasttechnologien ermöglichen, niedrige oder negative Preise die Nutzung von Stromüberschüssen anreizen.

Wirtschaftliche Anreize zum Abbau von Inflexibilitäten erforderlich

Das Auftreten negativer Großhandelspreise bei deutlich positiven residualen Lasten in den vergangenen Jahren zeige, dass aktuell noch Flexibilitätshemmnisse bestünden. Zumindest teilweise lägen die Ursachen im Marktdesign und regulatorischen Rahmen. Es gebe Markteintrittsbarrieren und die Preissignale der wettbewerblichen Strommärkte kämen bei einem Teil der Marktakteure nicht oder nur verzerrt an. Flexibilitätshemmnisse, z. B. bei den Netznutzungsentgelten, Regelleistungsmärkten und der Ausgleichsenergie, müssten abgebaut bzw. reduziert werden.
Kraftwerke könnten im Rahmen von Retrofit, Repowering bzw. Ersatzinvestitionen flexibler gemacht werden. Bei KWK-Anlagen könnten Stromerzeugung und Wärmebereitstellung durch Spitzenlastkessel, Wärmespeicher und Power-to-Heat entkoppelt werden. Weitere Optionen seien die Erhöhung des Anteils leistungsgemessener Verbraucher, die Einbindung von Netzersatzanlagen in den Strom- und die Regelleistungsmärkte und der Ausbau von Stromspeichern. Versorgungssicherheit bei hoher Residuallast sowie positive Regelleistung könnten Gasturbinen und Motorkraftwerke gewährleisten, die sich durch geringe Investitionskosten auszeichneten und schnell starten könnten.

Umbau des Stromsystems erfordert Flexibilisierung von Erzeugung und Verbrauch

Die Umstellung der Stromversorgung auf hohe Anteile Erneuerbarer Energien verändere die Anforderungen an alle Akteure im System. Die schwankende Verfügbarkeit von Wind und Sonne führe zu Zeiten hoher und niedriger Residuallast, zu hohen Lastgradienten (= Laständerungen in kurzer Zeit) und zu Prognosefehlern.
Stromerzeugung und -verbrauch müssten also zunehmend flexibler werden, um das System stabil zu halten. Die residuale Grundlast (nach Abzug der Einspeisung aus fluktuierenden Erneuerbaren Energien >6.500 Stunden pro Jahr) halbiere sich bis 2030 von 40 Gigawatt (GW) auf 20 GW, während die residuale Mittel- (>1.500 h/a) und Spitzenlast (<1.500 h/a) von jeweils etwa 20 GW auf 30 GW steige.
Viele Flexibilitätsoptionen würden nur in wenigen Stunden des Jahres oder sogar nur in Extremsituationen genutzt bzw. benötigt. Umgekehrt gebe es auf nationaler Ebene bereits ab 2020 Situationen mit Leistungsüberschüssen von bis zu 9 GW, bei Berücksichtigung internationaler Ausgleichseffekte entstünden Überschüsse erst nach 2030.

Zentrale Annahmen und Thesen

Regeln für technologieoffenen und diskriminierungsfreien Wettbewerb erforderlich

Damit alle Akteure ihre jeweiligen Verpflichtungen einhalten und der Wettbewerb diskriminierungsfrei funktioniere, müsse der Staat geeignete Regeln aufstellen. Dabei seien die Charakteristika der Stromversorgung zu berücksichtigen, wozu die netzgebundene Stromverteilung, die schlechte Speicherbarkeit von Strom sowie Besonderheiten bei Erzeugern und Verbrauchern gehörten.
Aufgabe der ...

Regeln für technologieoffenen und diskriminierungsfreien Wettbewerb erforderlich

Damit alle Akteure ihre jeweiligen Verpflichtungen einhalten und der Wettbewerb diskriminierungsfrei funktioniere, müsse der Staat geeignete Regeln aufstellen. Dabei seien die Charakteristika der Stromversorgung zu berücksichtigen, wozu die netzgebundene Stromverteilung, die schlechte Speicherbarkeit von Strom sowie Besonderheiten bei Erzeugern und Verbrauchern gehörten.
Aufgabe der ...

Regeln für technologieoffenen und diskriminierungsfreien Wettbewerb erforderlich

Damit alle Akteure ihre jeweiligen Verpflichtungen einhalten und der Wettbewerb diskriminierungsfrei funktioniere, müsse der Staat geeignete Regeln aufstellen. Dabei seien die Charakteristika der Stromversorgung zu berücksichtigen, wozu die netzgebundene Stromverteilung, die schlechte Speicherbarkeit von Strom sowie Besonderheiten bei Erzeugern und Verbrauchern gehörten.
Aufgabe der Netzbetreiber sei es, eine ausreichend dimensionierte Netzinfrastruktur und Systemdienstleistungen bereitzustellen. Erzeuger und Lieferanten von Letztverbrauchern müssten wiederum ihre vertraglichen Verpflichtungen erfüllen und bei Nichterfüllung sanktioniert werden. Damit die verschiedenen Marktteilnehmer ihrer Verantwortung gerecht werden können, seien adäquate Regelungen für den Netzzugang, Netzausbau und –betrieb sowie deren Refinanzierung erforderlich, ebenso wie für die Beschaffung und Bereitstellung von Systemdienstleistungen, vor allem Regelleistung. Zudem seien geeignete Rahmenbedingungen für das Bilanzkreis- und Ausgleichsenergiesystem erforderlich.

Möglichkeiten zur Flexibilisierung vorhanden, aber noch Hemmnisse für ihre Nutzung

Es gebe viele technische Möglichkeiten, um heute noch vorhandene Inflexibilität abzubauen. Zudem könnten überregionale Ausgleichseffekte der Last und der Einspeisung aus Erneuerbaren Energien den Flexibilitätsbedarf reduzieren.
Allerdings bestünden aktuell noch Flexibilitätshemmnisse. Es gebe Markteintrittsbarrieren und die Preissignale der wettbewerblichen Strommärkte erreichten einige Marktakteure nicht oder nur unzureichend. Anreize seien erforderlich, um den konventionellen Kraftwerkspark zu flexibilisieren, Speichertechnologien zu nutzen, die Netzinfrastruktur anzupassen und den Stromverbrauch flexibler zu machen.

Methodik

Zunächst setzen sich die Autoren mit den Anforderungen auseinander, die sich durch den Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien an das Stromsystem und die verschiedenen Akteure ergeben. Hierzu analysieren sie die zu erwartenden Veränderungen im Stromsystem anhand empirischer Daten und der Modellierung von Szenarien zum Verlauf von Last und Erzeugung auf Basis der energiepolitischen Zielsetzungen.
Anschließend untersuchen sie die Ursachen für technische Inflexibilität und Möglichkeiten zu ihrer Beseitigung. Auf Basis der Funktionsweise und Wirkungsmechanismen in Strommärkten wird ...

Zunächst setzen sich die Autoren mit den Anforderungen auseinander, die sich durch den Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien an das Stromsystem und die verschiedenen Akteure ergeben. Hierzu analysieren sie die zu erwartenden Veränderungen im Stromsystem anhand empirischer Daten und der Modellierung von Szenarien zum Verlauf von Last und Erzeugung auf Basis der energiepolitischen Zielsetzungen.
Anschließend untersuchen sie die Ursachen für technische Inflexibilität und Möglichkeiten zu ihrer Beseitigung. Auf Basis der Funktionsweise und Wirkungsmechanismen in Strommärkten wird ...

Zunächst setzen sich die Autoren mit den Anforderungen auseinander, die sich durch den Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien an das Stromsystem und die verschiedenen Akteure ergeben. Hierzu analysieren sie die zu erwartenden Veränderungen im Stromsystem anhand empirischer Daten und der Modellierung von Szenarien zum Verlauf von Last und Erzeugung auf Basis der energiepolitischen Zielsetzungen.
Anschließend untersuchen sie die Ursachen für technische Inflexibilität und Möglichkeiten zu ihrer Beseitigung. Auf Basis der Funktionsweise und Wirkungsmechanismen in Strommärkten wird dann dargestellt, welche Anreize wettbewerbliche Märkte zur Flexibilisierung leisten können. Des Weiteren werden aktuelle Hemmnisse und Fehlanreize im Marktdesign im Fokus analysiert und Handlungsempfehlungen abgeleitet.
Im Einzelnen werden Förderregelungen für Stromerzeugungsanlagen betrachtet, die Systematik von Netzentgelten, die Bedingungen auf den Regelleistungsmärkten sowie das Ausgleichsenergiesystem.

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